洪 波，張 鋒，李英梅，劉 晨，陳志杰， 張淑蓮

(1.陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所，西安 710043; 2.陜西省酶工程技術(shù)研究中心，西安 710043)

根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)(Meloidogynespp.)是植物病原線(xiàn)蟲(chóng)中最重要的一類(lèi)寄生性線(xiàn)蟲(chóng)，世界上現(xiàn)已報(bào)道有70多種根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)[1]，寄生為害3 000多種植物，每年在全世界造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 000億美元以上。其中，以南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)(Meloidogyneincognita)分布面積最廣，危害的蔬菜種類(lèi)最多，成為中國(guó)蔬菜產(chǎn)區(qū)的優(yōu)勢(shì)種群。20世紀(jì)90年代以前，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)主要分布于長(zhǎng)江以南地區(qū)，在北方露地條件下無(wú)法越冬。近年來(lái)全國(guó)設(shè)施栽培面積不斷擴(kuò)大，隨著生存環(huán)境的變化及缺乏天敵制約，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的地理分布區(qū)域也逐漸北移，目前在黑龍江、遼寧、河北、北京、山東、山西、陜西等北方省(區(qū))的設(shè)施蔬菜產(chǎn)區(qū)均有分布[2-4]。陜西省于1989年在漢中洋縣的煙草上首次發(fā)現(xiàn)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)[5]，現(xiàn)已在關(guān)中、陜北和陜南不同蔬菜生態(tài)區(qū)廣泛分布，一般導(dǎo)致蔬菜減產(chǎn)10%～15%，嚴(yán)重時(shí)高達(dá)50%以上，甚至絕收[6]。南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)以卵或二齡幼蟲(chóng)在土壤中越冬，主要存活于5～30 cm的土層內(nèi)，以5～10 cm土層內(nèi)分布數(shù)量最多[7]。南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在土壤中能夠越冬的最重要因素是土壤溫度[8]。因此，對(duì)于土壤低溫對(duì)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)越冬影響的研究，有助于對(duì)制約南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)越冬的關(guān)鍵氣候因子進(jìn)行深入研究，為進(jìn)一步制定防治措施提供理論依據(jù)。

目前，對(duì)于南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的越冬及耐寒性研究，國(guó)外有一些相關(guān)研究和報(bào)道[9-15]，主要為南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在某個(gè)地區(qū)的冬季耐寒性及存活率的研究，而國(guó)內(nèi)在這方面報(bào)道相對(duì)較少，僅有陳立杰等[16-17]在室內(nèi)-15 ℃和0 ℃低溫條件下對(duì)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的死亡率進(jìn)行研究，以及王延紅等[18]在室內(nèi)-20 ℃、-12 ℃溫度下研究南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)二齡幼蟲(chóng)的存活率，并通過(guò)田間調(diào)查探明線(xiàn)蟲(chóng)的冬季種群動(dòng)態(tài)。以上研究多是從室內(nèi)條件下研究線(xiàn)蟲(chóng)的耐寒性，或僅通過(guò)田間試驗(yàn)研究線(xiàn)蟲(chóng)在露地條件下能否越冬，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在大尺度空間及不同種植模式下的越冬區(qū)劃目前尚不明確。本研究不僅通過(guò)室內(nèi)線(xiàn)蟲(chóng)低溫處理試驗(yàn)探明南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)致死低溫及所需時(shí)間，并且通過(guò)陜西省不同緯度生態(tài)區(qū)線(xiàn)蟲(chóng)田間越冬試驗(yàn)，驗(yàn)證室內(nèi)結(jié)果，并劃分不同種植模式下的線(xiàn)蟲(chóng)越冬區(qū)域，以期明確設(shè)施蔬菜根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在陜西省冬季土壤中的發(fā)生規(guī)律，為西北地區(qū)設(shè)施蔬菜根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)綜合防治措施提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)

供試線(xiàn)蟲(chóng)從陜西省科學(xué)院渭南科技示范基地日光溫室內(nèi)黃瓜根結(jié)上獲得，通過(guò)顯微鏡下觀(guān)察雌蟲(chóng)會(huì)陰花紋鑒定為南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)，用w=0.4% NaClO對(duì)挑取的單卵囊進(jìn)行消毒，將卵囊接種到感病黃瓜品種‘津春4號(hào)’上進(jìn)行擴(kuò)繁[19-20]。接種45 d后，選取具有大量根結(jié)的黃瓜根系，挑取根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)卵塊置于直徑6 cm的培養(yǎng)皿中，25 ℃的恒溫條件下培養(yǎng)3～4 d使卵孵化。收集二齡幼蟲(chóng)(J2)，并加入無(wú)菌水將線(xiàn)蟲(chóng)懸浮液調(diào)至500條/mL，將滅菌土壤與線(xiàn)蟲(chóng)懸浮液按100∶1的質(zhì)量比均勻混合為病土，備用。

1.2 室內(nèi)線(xiàn)蟲(chóng)低溫處理

將線(xiàn)蟲(chóng)病土裝入小花盆后，分別放于0、-1、-3、-5、-7、-9和-11 ℃的低溫培養(yǎng)箱(KRC-250CA)進(jìn)行低溫處理，處理時(shí)間為32 d，每個(gè)處理組合3次重復(fù)[18]。低溫處理結(jié)束后將裝有病土的花盆再移至人工氣候箱，植入催芽過(guò)的黃瓜(‘津春4號(hào)’)種子進(jìn)行培養(yǎng)。人工氣候箱的溫濕度和光照設(shè)為最適于南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)侵染條件[16](溫度25 ℃±1 ℃，土壤相對(duì)濕度50%～60%，光照14 h∶10 h)。待幼苗發(fā)育30 d后從土中取出并清洗根部，統(tǒng)計(jì)幼苗受害株率，計(jì)算根結(jié)指數(shù)。

1.3 野外線(xiàn)蟲(chóng)越冬試驗(yàn)及溫度采集

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在陜西延安、渭南大荔、楊凌和商洛丹鳳4個(gè)設(shè)施蔬菜生態(tài)區(qū)，分別位于延安市寶塔區(qū)井家灣村(N109°26′16.8″，E36°39′59.0″)、大荔縣東埝村(N109°51′53.8″，E34°50′35.0″)、楊凌區(qū)中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所院內(nèi)(N108°4′52.9″，E34°19′54.3″)和丹鳳縣棣花村(N110°11′9.5″，E33°44′14.0″)，具體位置如圖1所示。在這4個(gè)地區(qū)溫室(普通日光溫室，長(zhǎng)50 m、寬10 m、高3 m)、拱棚(塑料大棚，長(zhǎng)30 m、寬6 m、高2.5 m)和露地種植條件下各選1樣點(diǎn)，在距地面10～30 cm深度土層中埋入裝有線(xiàn)蟲(chóng)病土的編織袋， 每個(gè)編織袋(5 kg病土，10 cm高)設(shè)為1個(gè)處理，在土中保持透氣性，使線(xiàn)蟲(chóng)在野外自然條件下進(jìn)行越冬。同時(shí)利用便攜式自動(dòng)溫度記錄儀(TR-52)進(jìn)行不同深度的土壤溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集，數(shù)據(jù)采集間隔為1 h，采集時(shí)間為2012-2014年，從每年11月初到次年2月底。待次年3月初溫度回升時(shí)，將線(xiàn)蟲(chóng)病土取回實(shí)驗(yàn)室，室內(nèi)條件下栽植感病黃瓜品種進(jìn)行培養(yǎng)，并在黃瓜幼苗發(fā)育30 d后調(diào)查并計(jì)算受害株率和根結(jié)指數(shù)，方法同“1.2”。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 根結(jié)指數(shù)計(jì)算 根結(jié)級(jí)別的統(tǒng)計(jì)方法采用肖炎農(nóng)等[21 ]及張鋒等[22 ]的拔株百分?jǐn)?shù)法。0級(jí)：無(wú)可見(jiàn)根結(jié)；1級(jí)：根結(jié)長(zhǎng)度占總根長(zhǎng)度的1%～24%；2級(jí)：根結(jié)長(zhǎng)度占總根長(zhǎng)度的25%～49%；3級(jí)：根結(jié)長(zhǎng)度占總根長(zhǎng)度的50%～75%；4級(jí)：根結(jié)長(zhǎng)度占總根長(zhǎng)度的75%以上。

1.4.2 溫度數(shù)據(jù)處理 將“1.3”所述4個(gè)地區(qū)不同種植模式下的土壤溫度和氣溫原始數(shù)據(jù)以Excel數(shù)據(jù)表形式導(dǎo)出，取每日2:00、8:00、14:00和20:00 4個(gè)時(shí)段的溫度平均值作為日均溫度，再計(jì)算出冬季各月平均溫度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)致死低溫及時(shí)間

通過(guò)室內(nèi)線(xiàn)蟲(chóng)低溫處理試驗(yàn)，計(jì)算出不同溫度及不同時(shí)間處理?xiàng)l件下黃瓜植株上的根結(jié)指數(shù)。當(dāng)根結(jié)指數(shù)為0時(shí)說(shuō)明線(xiàn)蟲(chóng)沒(méi)有侵染植株根部，可以認(rèn)為線(xiàn)蟲(chóng)經(jīng)過(guò)低溫處理已經(jīng)死亡[23-24]。找出不同溫度下根結(jié)指數(shù)為0時(shí)的處理時(shí)間，即為南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的低溫致死時(shí)間(表1)。

由表1可知，隨著溫度降低，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)死亡的時(shí)間急劇縮短，說(shuō)明線(xiàn)蟲(chóng)的致死時(shí)間與溫度呈非線(xiàn)性關(guān)系[25-27]。根據(jù)各溫度下根結(jié)指數(shù)為0時(shí)的處理時(shí)間，可以擬合出致死時(shí)間y(h)和溫度x( ℃)之間的關(guān)系模型曲線(xiàn)(圖2)。模型方程為：y=1 457.8 e0.464 7x，R2=0.989，表明該模型擬合度較好。試驗(yàn)結(jié)果證明，在供試溫度條件下，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在-1 ℃持續(xù)32 d時(shí)無(wú)法存活，而在-3 ℃持續(xù)16 d時(shí)便會(huì)死亡。根據(jù)致死時(shí)間和溫度的關(guān)系模型推算可知，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在0 ℃時(shí)需要61 d(1 458 h)以上才會(huì)死亡。

圖1 南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)野外越冬試驗(yàn)地點(diǎn)示意圖Fig.1 Distribution of overwintering experiment of M.incognita in the field

溫度/℃Temperature處理時(shí)間/d Time0.51248121620242832086.775.052.045.036.030.032.025.028.024.022.9-173.064.052.032.023.325.013.316.012.08.00.0-353.333.348.624.016.020.00.00.00.00.00.0-534.322.524.014.30.00.00.00.00.00.00.0-712.03.70.00.00.00.00.00.00.00.00.0-910.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0-110.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0

2.2 不同地區(qū)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)野外越冬試驗(yàn)結(jié)果

從3種種植模式下的根結(jié)指數(shù)來(lái)看，溫室種植模式由于受人為因素影響較大，光熱條件良好，適合南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)越冬，因此根結(jié)指數(shù)最高，拱棚種植模式次之，露地模式根結(jié)指數(shù)最低。除延安和丹鳳地區(qū)露地與拱棚條件下的根結(jié)指數(shù)差異不大外，3種種植模式之間的根結(jié)指數(shù)存在顯著差異(表2)。

圖2 南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)致死時(shí)間與溫度的關(guān)系Fig.2 Relationship between temperature and lethal time of M.incognita

2.3 根結(jié)指數(shù)與土壤溫度之間的關(guān)系

不同地區(qū)3種種植模式下的根結(jié)指數(shù)與土壤溫度如表3所示。由表3可以看出，不同地區(qū)溫室條件下1月土壤平均溫度都在10 ℃以上，根結(jié)指數(shù)都達(dá)到40以上，表明冬季土壤平均溫度高于10 ℃時(shí)，線(xiàn)蟲(chóng)可以越冬且對(duì)植株為害較重；拱棚條件下，延安地區(qū)1月土壤平均溫度都在-0.9 ℃以下，根結(jié)指數(shù)為0，表明線(xiàn)蟲(chóng)無(wú)法越冬，其他3個(gè)地區(qū)的土壤溫度為1.8～6.3 ℃，根結(jié)指數(shù)最高達(dá)到40，為害程度較溫室偏低；露地條件下，延安及大荔地區(qū)10～20 cm土層深度1月土壤平均溫度都在-1.0 ℃以下，同樣根結(jié)指數(shù)為0，線(xiàn)蟲(chóng)基本不能在這兩個(gè)地區(qū)越冬，丹鳳和楊凌地區(qū)土壤平均溫度為-0.1～2.5 ℃，根結(jié)指數(shù)為4.0～32.5，線(xiàn)蟲(chóng)能夠越冬，但對(duì)植株為害程度最低。野外試驗(yàn)結(jié)果表明，南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在1月土壤平均溫度-1.0 ℃以下時(shí)根結(jié)指數(shù)即為0，能夠完全殺滅線(xiàn)蟲(chóng)，這和室內(nèi)條件下的研究結(jié)果相符合。

表2 不同地區(qū)3種種植模式下的根結(jié)指數(shù)Table 2 Root-knot index under three planting modes in different areas

注：同一列中不同的小寫(xiě)英文字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

表3 不同地區(qū)1月土壤平均溫度和根結(jié)指數(shù)Table 3 Soil temperatures and root-knot indices of different areas in January

由于土壤平均溫度在-1 ℃以下時(shí)，根結(jié)指數(shù)都為0，因此，將溫度低于-1 ℃的數(shù)據(jù)剔除后，分析1月土壤溫度與根結(jié)指數(shù)之間的關(guān)系(圖3)。由圖3可知，根結(jié)指數(shù)(y)與1月土壤平均溫度(x)呈線(xiàn)性相關(guān)(y=4.334 7x+7.190 7，R2=0.798 2),表明土壤低溫對(duì)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)有明顯的抑制作用，根結(jié)指數(shù)隨土壤溫度的降低而減少。

圖3 1月土壤溫度與根結(jié)指數(shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between soil temperature in January and root-knot index

3 結(jié)論與討論

溫度是影響線(xiàn)蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育最為重要的環(huán)境因子之一，每種線(xiàn)蟲(chóng)都有其適宜的生長(zhǎng)發(fā)育溫度和致死溫度。本研究利用室內(nèi)線(xiàn)蟲(chóng)低溫處理結(jié)合線(xiàn)蟲(chóng)田間越冬試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，探明南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在室內(nèi)-1 ℃下持續(xù)32 d將無(wú)法存活，田間1月土壤平均溫度在-1 ℃以下時(shí)，根結(jié)指數(shù)都為0，線(xiàn)蟲(chóng)無(wú)法越冬。這與Taylor等[28]的研究結(jié)果是一致的，其研究表明南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在美國(guó)的分布北界為1月份-1.1 ℃等溫線(xiàn)。

本研究通過(guò)研究南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)溫度的敏感性而獲得其抑制性溫度，掌握其在冬季土壤中的發(fā)生規(guī)律。通過(guò)分析1月土壤平均溫度與根結(jié)指數(shù)之間的線(xiàn)性關(guān)系并建立模型。土壤平均溫度在-1 ℃以下時(shí)，線(xiàn)蟲(chóng)不會(huì)發(fā)生為害；土壤平均溫度在2 ℃以下時(shí)，根結(jié)指數(shù)都低于20，對(duì)植株為害較小，能夠抑制線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)生；隨著溫度不斷升高，線(xiàn)蟲(chóng)為害逐漸加重，根結(jié)指數(shù)也隨之增加。通過(guò)圖3可知，在溫度達(dá)到6 ℃時(shí)，根結(jié)指數(shù)便可以達(dá)到40以上；溫度12 ℃時(shí)，根結(jié)指數(shù)甚至達(dá)到80左右。因此可以得出結(jié)論，1月土壤平均溫度在6 ℃以上時(shí)，已經(jīng)無(wú)法起到抑制南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)生的作用。這與陳立杰等[16]的研究結(jié)果比較接近，其研究表明5 ℃以下低溫是南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的有效抑制溫度。

本研究利用溫度與線(xiàn)蟲(chóng)致死時(shí)間模型推導(dǎo)出南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在0 ℃條件下61 d以上才會(huì)死亡，這與Sayre[11]的研究結(jié)果相似，其研究表明南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在加拿大安大略省西南地區(qū)土壤溫度0 ℃ 條件下持續(xù)45～90 d時(shí)將無(wú)法越冬。但由于 0 ℃ 持續(xù)時(shí)間需兩個(gè)月左右，容易造成溫度監(jiān)測(cè)精度偏低，而選用1月平均溫度的指標(biāo)更為直接和準(zhǔn)確，因此確定-1 ℃為南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)越冬極限低溫。在此基礎(chǔ)上，探明南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)在陜西各生態(tài)區(qū)不同種植條件下的越冬區(qū)域，即南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)只能在延安地區(qū)溫室條件下越冬，而在其他生態(tài)區(qū)可以于露地、拱棚和溫室3種條件下越冬。根據(jù)筆者在陜西省對(duì)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)進(jìn)行調(diào)查采樣的數(shù)據(jù)可知，該蟲(chóng)已在關(guān)中平原的西安戶(hù)縣及渭南大荔縣露地條件下順利越冬，而在延安以北地區(qū)未發(fā)現(xiàn)露地越冬的線(xiàn)蟲(chóng)，因此本研究結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果一致。

本研究通過(guò)掌握陜西不同生態(tài)區(qū)的南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)越冬區(qū)劃，為利用生態(tài)技術(shù)控制線(xiàn)蟲(chóng)的活性和繁殖以及防治該線(xiàn)蟲(chóng)提供技術(shù)支持。在露地條件下，延安地區(qū)10～30 cm土層的1月平均土壤溫度分別為-7.8 ℃、-7.3 ℃和-6.2 ℃，均遠(yuǎn)低于南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的致死低溫，說(shuō)明在延安及其以北地區(qū)能夠在冬季使用土壤低溫處理，殺滅南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)；大荔地區(qū)10～30 cm土層的1月平均土壤溫度分別為-1.1 ℃、-1.0 ℃和-0.9 ℃，與線(xiàn)蟲(chóng)的致死低溫比較接近，且30 cm土壤深度仍有線(xiàn)蟲(chóng)為害，說(shuō)明在大荔地區(qū)冬季使用土壤低溫處理對(duì)防治南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)有一定效果，但若遇到土壤溫度偏高的暖冬年份，殺蟲(chóng)效果便不太明顯；楊凌和丹鳳地區(qū)10～30 cm土壤1月平均溫度均在0 ℃以上，高于南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)致死低溫-1 ℃，特別是楊凌地區(qū)的線(xiàn)蟲(chóng)為害相對(duì)較重，因此這兩個(gè)地區(qū)冬季不適宜使用土壤低溫處理來(lái)殺滅線(xiàn)蟲(chóng)。由于研究所涉及的4個(gè)生態(tài)區(qū)分別代表陜西不同地形區(qū)[29](延安代表陜北黃土高原區(qū)，丹鳳代表陜南秦巴山區(qū)，楊凌代表關(guān)中平原區(qū)，大荔代表黃土高原與關(guān)中平原過(guò)渡的渭北高原區(qū))，這為不同地區(qū)因地制宜進(jìn)行根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)防治策略的制定提供理論依據(jù)。關(guān)中平原地區(qū)和陜南秦巴山區(qū)的南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)可在各種種植條件下越冬，這些地區(qū)溫室條件下光熱條件較好，可在夏季溫室內(nèi)通過(guò)土壤覆膜進(jìn)行太陽(yáng)能高溫處理，能夠較好地抑制南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的發(fā)生[24]；而榆林和延安等陜北黃土高原區(qū)可在作物休閑期時(shí)撤掉棚膜，由于這些地區(qū)冬季土壤溫度遠(yuǎn)低于南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的致死低溫，從而能有效殺滅土壤中的越冬線(xiàn)蟲(chóng)。這些物理防治方法對(duì)于西北地區(qū)設(shè)施蔬菜根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)的綠色防治都具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

致謝：中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所的梁銀麗研究員為本研究提供部分試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)場(chǎng)所，特此致謝。